Цех по производству керамической глазурованной плитки для внутренней облицовки стен в составе завода керамических изделий

Введение

     Керамика –  это изделия и материалы с  камнеподобными свойствами, полученными  в процессе технологической обработки  минерального сырья (глины) и  спекания его при высоких температурах. Название «керамики» происходит  от греческих слов keramike- гончарное искусство и keramos- глина. Поэтому под технологией керамики всегда подразумевали производство материалов и изделий с заданными свойствами из глинистого сырья. Однако в последнее время основные приемы технологического процесса изготовления керамических изделий из глиняных материалов получили распространение и в технологии некоторых изделий не из глинистого сырья, например производство изделий из чистых оксидов, металлокерамика др. Сегодня под технологией керамика предполагают науку о методах производства изделий из различного минерального сырья путем их формования, сушки и придания им камнеподобных свойств за счет спекания при высоких температурах.

     Керамические  материалы – один из самых  древних искусственных  материалов, созданным человеком. Первоначально  основными видами керамических  изделий были посуда и украшения.  Производство изделий строительной  керамики в основном начало  развиваться в Китае, странах  Востока и Средней Азии. Красотой  и сложностью отличается отделка  многоцветной керамической плитки, кирпичная кладка и мозаичная  облицовка.

     В конце  XVIII-середине XIX в. Бурное развитие металлургической, химической и электронной промышленности потребовало резкого увеличения производства шамотного, динасовых и специальных огнеупоров, а также кислотоупорной и электроизоляционной керамики.

   Таким образом,  сегодня в понятие керамические  изделия и керамические материалы  входит значительный круг  с  самыми различными значениями  чисто «керамических» и специальных  свойств. Практически нет отраслей  промышленности где бы не применялась керамика в больших или малых масштабах.

     В России первый фарфоровый завод был построен в 1744 г. близ Петербурга. В 1799 г. на Украине, в Межгорье, был построен первый фаянсовый завод.

     В дореволюционной России из керамических материалов и изделий, применявшихся в технике и строительстве, помимо кирпича, изготовлялись: черепица, метлахские плитки, канализационные трубы, низковольтные изоляторы, простые огнеупорные изделия. Более сложные керамические изделия, имеющие применение в технике, ввозились из-за границы.

     После Октябрьской социалистической революции в Советском Союзе интенсивно начала развиваться керамическая промышленность Были созданы специализированные научно-исследовательские институты, такие, как Государственный научно-исследовательский керамический институт (ГИКИ) в Ленинграде и Научно-исследовательский институт строительной керамики в Москве, возникший на базе Московского института силикатов, открыты факультеты силикатной технологии, готовящие высококвалифицированных специалистов для керамической промышленности, а также строительно-технологические факультеты. В дальнейшем развитии керамической промышленности принимают участие такие научные коллективы, как НИИСМИ УССР, ВНИИстром, НИИСМ БССР.

     Были созданы многочисленые новые предприятия керамической промышленности с высокомеханизированным и автоматизированным производством, такие, как Кыштымский завод строительного фаянса, Московский комбинат керамических облицовочных материалов, Харьковский завод керамических плиток, Вильнюсский завод керамических плиток, Киевский завод «Керамик» и др. Внедрено в производство много ценных изобретений и достижений научно-исследовательских учреждений. К ним можно отнести создание высокопроизводительных прессов для полусухого прессования, разработку скоростных режимов сушки и обжига сырца, вспучивание  глин в кипящем слое и другое. Большой вклад в развитие отечественной науки в области керамики и керамической промышленности внесли выдающиеся русские ученые М. В. Ломоносов, Д. И. Виноградов и др. В дальнейшем она получила развитие в трудах советских ученых: П. А, Земятченского, Д. С. Белянкииа, П. П. Будникова, И. Ф. Пономарева, Б. С. Лыоина, И. А. Булавина, А. И. Августиника, Г. В. Куколева, И. Я. Слободяника, И. И. Мороза, М. Г. Лундиной.

    Широкое распространение  нашла классификация керамических  изделий по

областям применения их в  различных отраслях промышленности, в быту и в художественно-оформительских работах.

    Керамические  плитки – тип изделий строительной  керамики главным образом применяется  при строительстве жилых  общественных  и промышленных зданий как  отделочный материал. Высокие декоративно-художественные  возможности глазурованных керамических  плиток в сочетании с хорошими  физико-механическими свойствами, недефицитность исходного сырья и сравнительно невысокая себестоимость позволили им занять ведущее положение в широкой гамме строительных отделочных материалов.

    В основном  керамические плитки производятся  трех видов: плитки для внутренней  облицовки стен, для полов и  облицовки фасадов. В зависимости  от области применения керамическим  плиткам предъявляются различные  требования по физико-механическим  свойствам и внешнему виду.

      В данной  работе будут рассмотрены основные  данные по технологии производства  литых глазурованных плиток, их  значение технико-экономическая  эффективность использования и  перспективы развития этой области.

      Плитки  керамические для внутренней  облицовки стен применяются в  строительстве лечебных и торговых  помещений, столовых и кухонь, санитарных узлов, бытовых помещений,  плавательных бассейнов и др.

     Их классифицируют  по характеру поверхности - на плоские, рельефно-орнаментированные, фактурные. По виду глазурованного покрытия – на покрытия глазурями прозрачными или глухими, блестящими или матовыми, одноцветными или декорированными многоцветными рисунками.  По форме – на квадратные, прямоугольные и фасонные. По характеру кромок – с прямыми и с закругленными с одной или несколькими смежных сторон (с завалом).

     Долговечность,  высокие художественно-декоративные  качества, огнестойкость, водонепроницаемость,  полное отсутствие токсичности,  кислотостойкость определили их широкое распространение в строительстве.

1. Общая часть

1.1.  Номенклатура и характеристика выпускаемой продукции

    Керамические  глазурованные плитки для внутренней  отделки стен должны соответствовать  ДСТУ Б В.2.7-282:2011 и изготовляются из глин с естественными и искусственными добавками методом литья с последующим обжигом.

   Плитки предназначены  для облицовки внутренних и  наружных поверхностей стен жилых  и общественных зданий, производственных  и вспомогательных зданий, промышленных  предприятий, балконных экранов,  колонн, а также для монументально-декоративных  работ.

   Выпускается данная  продукция размерами  мм квадратной формы, применяется для карнизной, плинтусной и стеновой наклейки на стены.

   Не допускается  применение плиток для облицовки  цоколей и карнизов.

   Отклонения размеров  плитки не должны превышать: 

- по длине и ширине  мм.

- по разности длин диагоналей 0,5…1мм

   Так как каждый  вид изделий строительной керамики  предназначен для эксплуатации  в определенных условиях, то в  каждом случае к изделиям предъявляется  свой комплекс требований по  самым разным физико-механическим  свойствам. Как правило пригодность  того или иного вида изделия  не может быть оценена каким-либо  одним свойством. Чем сложнее  область службы данного изделия,  тем более сложен и многочислен  комплекс предъявляемых к нему  требований.

   По форме плитки  выпускаются квадратные и делятся  на угловые, плинтусные и карнизные. Плитки характеризуются пределом прочности при сжатии 98-127,4 МПа, при ударном изгибе 0,16-0,19 МПа. Водопоглощение

  не должно превышать  16%.

    Условное обозначение плиток в технической документации и при заказе должно состоять из слова плитки, указания формы, цвета, размера и обозначения настоящего стандарта.

   Для определения  линейных размеров применяют  метод, основанный на  измерении  линейных параметров плиток с  помощью контактных измерительных  инструментов, а метод определения  правильности формы – на измерении  значения отклонения от заданной  формы.

    Для определения  водопоглащения применяют метод насыщения образцов в кипящей воде.

    Плитки при  насыщении должны выдерживаться  в кипящей воде в течении 15 мин, а охлаждение их должно производиться путем непрерывного и медленного доливания в сосуд проточной холодной воды до полного остывания образцов.

     За значение  водопоглащения плиток принимают среднеарифметическое результатов испытаний пяти образцов, при этом водопоглащение отдельных образцов не должно превышать 17%, а плиток высшей категории качества 16%.

     Термическую  стойкость глазури определят  по ДСТУ Б В.2.7-282:2011 со следующими дополнениями.

     Образцы плиток  в сушильном шкафу постепенно  нагревают до температуры 100 и выдерживают при этой температуре 10 мин, затем плитки вынимают из шкафа и быстро погружают в сосуд с водой, температура которой 18…20 и оставляют до полного охлаждения.

    Плитки считают  термически стойкими, если в результате  однократного испытания на их  глазурованной поверхности не  будет обнаружено цека, посечек, трещин и отколов глазури.

Таблица 1.1

Конструктивно-технологический  анализ и программа выпуска продукции

    Плитки предназначены  для облицовки внутренних и  наружных поверхностей стен жилых  и общественных зданий, производственных  и вспомогательных зданий, промышленных  предприятий, балконных экранов,  колонн, а также для монументально-декоративных  работ. 

     Плитки изготавливаются  квадратной формы.

    Основные размеры  указаны в таблице 1.1.

    Предельные отклонения  от номинальных размеров плиток  должны быть %, не более указанных в таблице 1.2 соответственно ДСТУ Б В.2.7-282:2011

Табл. 1.2

Предельные отклонения от номинальных размеров

   Плитки должны иметь на монтажной поверхности рифления высотой не менее 0,3 мм

   Отклонения от  формы плиток не должны превышать  значений указанных в таблице 1.3

Табл. 1.3

Нормативные отклонения по форме

 Показатели внешнего вида плиток должны соответствовать требованиям таблицы 1.4

Таблица 1.4

Требования к внешнему виду

   Физико-механические показатели плиток должны соответствовать требованиям  указанным в таблице 1.5

Табл.1.5

Физико – механические показатели

     Плитки одного  типа, цвета, рисунка и сорта  упаковывают в деревянные или  картонные ящики, ящичные поддоны.  Ящики должны быть изготовлены  в соответствии с нормативно-технической  документацией, утвержденной в  установленном порядке. 

      В деревянные  и картонные ящики плитки должны  быть уложены вертикально вплотную  к друг другу и,  при необходимости, расклеены.

     В ящичные  поддоны укладываются плитки, предварительно  собранные в стопы, обернутые  в бумагу, перевязаны шпагатом  или полипропиленовой лентой.

     Плитки должны  быть уложены вертикально.

     Между каждым  горизонтальным рядом плиток, дном  и стенками поддона должен  быть проложен картон.

     Упакованные  в деревянные или картонные  ящики плитки укладываются в  контейнеры или на плоские  поддоны.

     В контейнер  допускается укладка плиток стопами,  обернутыми бумагой и перевязанные шпагатом или полипропиленовой лентой.

1.2 Характеристика сырья и полуфабрикатов

     Керамические  глазурованные плитки изготовляются  из огнеупорных глин, каолинов, плавней  и прочих добавок.

     Для производства  плиток методом необходимы три  основных слоя: разделительный, плиточный  и глазурь. Все они заливаются  на специальные формы-лещадки.

     Лещадки – керамические подставки из шамотной массы, предназначены для установки на них плиток и отбора с них влаги.

     На лещадки наносят в первую очередь разделительный слой толщиной до 0,25мм, который состоит из 80% бентонита и 20% мела.

      Бентонит – ДСТУ Б В.2.7-88-99 это минеральные образования, относящиеся к классу алюмосиликатов, имеющие высокую дисперсность, т.е. обладающие размером кристаллов на уровне меньше 1 мкН. и, вследствие этого, имеющие большую удельную поверхность. Особенности кристаллохимического строения бентонитов обуславливают наличие на их поверхности ионообменных катионов, достаточно сильно влияющих на физико-химические свойства минералов.

     Бентонит - порода, состоящая в основном из смектитовых минералов. В группу смектитов входит несколько минералов: монтмориллонит, бейделлит, нонтронит и др. менее распространенные. Кристаллическая решетка всех смектитов состоит из слоев. В элементарную ячейку входят 3 слоя, которые образуют пакет: Крайние верхний и нижний слои пакета состоят из тетраэдров и называются тетраэдрическими. Между тетраэдрическими слоями расположен слой, состоящий из октаэдров Al и Fe, названный октаэдрическим.

     К истинным  бентонитам, в соответствии с  требованиями современной промышленности, относится монтмориллонитовая глина,  в которой

 содержание монтмориллонита  более 70%. Общими свойствами бентонитовых глин являются дисперсность, адсорбционная способность, набухаемостъ, связующая способность и другие характеристики.

     Бентонитовый порошок представляет собой продукт сушки и тонкого помола природного материала - бентонитовой глины, сохранившей все свои коллоидно-химические свойства.

      Бентонитовые глинопорошки в сочетании с огнеупорными материалами – основное сырье для изготовления природных формовочных смесей. В зависимости от пропорций глинопорошка и перлитов, такие смеси могут обладать различными свойствами. Формовочные смеси на основе бентонитовой глины отличаются высокой прочностью, оптимальной газонепроницаемостью, при этом легко формуются и экологически чисты.

     Мел — ДСТУ Б А.1.1-20-94 осадочная горная порода белого цвета, мягкая и рассыпчатая, нерастворимая в воде, органического (зоогенного) происхождения.

     Основу химического  состава мела составляет карбонат  кальция с небольшим количеством  карбоната магния, но обычно присутствует  и некарбонатная часть, в основном  оксиды металлов. В меле обычно  находится незначительная примесь  мельчайших зёрен кварца и  микроскопические псевдоморфозы  кальцита по ископаемым морским  организмам (радиолярии и др.) Нередко  встречаются крупные окаменелости  мелового периода: белемниты,  аммониты и др.

     Практически  все меловые отложения датируются  так называемым меловым периодом. Примененяется мел в качестве наполнителя, в лакокрасочной, резинотехнической и других отраслях промышленности, а также для производства строительных материалов.

     Помимо улучшения  сыпучести мела гидрофобизация обусловливает водоотталкивающие свойства мела, предотвращает зависание и слеживаемость мела в силосах и бункерах и обеспечивает ему качества, необходимые при переработке в поточных и автоматизированных производственных линиях.

     Основной слой – плиточный. Его изготовляют из сырьевых масс и наносят в два приема после исчезновения зеркала влаги с предыдущего слоя. Толщина слоев 1,5-2 мм. Основной слой состоит из глины – 6%, нефелин-сиенита – 25%, эрклез – 30%, каолина – 10%, пирфорированый натрий – 0,05%.

       Глина – ДСТУ Б В.2.7-14-94 тонкодисперсный продукт разложения и выветривания самых различных горных пород – способны образовывать вместе с водой пластичную массу, которая сохраняет придаваемую ей форму, а после сушки и обжига приобретает камнеподобные свойства.

      В химическом  составе глин принимают участие  следующие основные окислы:

     Кремнезем находиться в глинах в связанном и свободном состояниях: связанный кремнезем входит в состав глинообразующих минералов, свободный представлен примесями кварцевого песка. Общее содержание кремнезема в глинах достигает 80-85%.

     Глинозем  находиться в глинах в связанном состоянии, участвуя в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей. Он является наиболее тугоплавким окислом: с повышением его содержания огнеупорность глин возрастает. Так как содержание слюдистых примесей в глинах обычно невелико, то содержание в них глинозема косвенно отражает относительную величину глинистой фракции, содержащейся в глинистой породе. Содержание глинозема колеблется от 10…15% в кирпичных и до 32…35%  в наиболее ценных сортах огнеупорных глин.

     Известь CaO,  магнезия MgO входят обычно в состав карбонатов кальция, в небольших количествах они участвуют также в составе некоторых глинистых минералов. При относительно высоких температурах обжига известь вступает с кремнеземом и глиноземом во взаимодействие и резко снижает температуру плавления у глины. Содержание извести в глинах составляет обычно несколько процентов.

     Окись железа  содержится в глинах главным образом в составе примесей и оказывает на них и на обожженный черепок, прежде всего красящее действие.

     Двуокись титана  участвует в примесях, и содержание ее не превышает 1,5% . Двуокись титана придает обожженному черепку окраску зеленоватых тонов.

     Щелочные окислы  и входят в состав некоторых глинообразующих минералов, но в большинстве случаев присутствуют в примесях в виде растворимых солей. Они ослабляют красящее действие        и   и понижают температуру плавления глины.

     В данном  проекте используется Новорайское месторождение гидрослюдисто-каолиновых огнеупорных глин расположено в Донецкой обл. в 8 км от ст. Дружковка. Запасы глин по всем категориям около 90 млн. т. В зависимости от содержания , и огнеупорности глины месторождения подразделяются в соответствии с ЕУ 14-8-183-75 на четыре сорта основных и два сорта полукислых глин ДН-0, ДН-1, ДН-2, ДН-3, ДНПК-1 и ДНПК-2 с содержанием соответственно не менее 33, 32, 30, 28, 20 и 13%. Глины используют в производстве санитарно-строительных изделий, облицовочных плиток и канализационных труб.

     Каолины – ДСТУ Б А. 1.1-37-94 продукты разложения и выветривания в основном пылевошпатовых горных пород, состоящие преимущественно из из каолинита и минералов каолинитовой группы. По происхождению каолины разделяются на первичные (оставшиеся на месте их образования) и вторичные (переотложенные).

     Каолины первичные  применяют в промышленности строительной керамики применяют в основном в виде обогащенного продукта, а вторичные поставляются в естественном состоянии. В соответствии с ГОСТ 21286-82 каолин, обогащенный для производства изделий санитарных керамических изделий КС-1, должен содержать не менее 35% , не более 2%  и 9% СаО, рН должен быть не более 9,5. Остаток на сите № 0063 должен быть не более 0,6%, массовая доля растворимого кальция и магния в водной вытяжке мг-экв 100 г должна составлять не более 0,3%.

     В данном  проекте используется каолин  из Просяновского месторождения одно из важнейших и крупных месторождений первичных каолинов. Оно расположено в Днепропетровской обл. в 10 км от ст. Просяная. Запас каолинов по всем категорим около 85 млн. т. Перерабатывается в год более 1900 тыс. т. Первичного каолина, из них 37% обогащается по мокрому способу, 44% - по сухому. Среднее содержание каолинита в породе 47…48%. Извлечение полезного компонента в концентрат в зависимости от метода обогащения 60…69%.

     Нефелины – ДСТУ Б В.2.7-17-95 в производстве керамических плиток очень широко применяются в качестве эффективного плавня. Минерал нефелин встречается преимущественно в составе горной породы уртита, состоящей из 70…80% нефелина, 10…15% эгирина и акцессорных минералов. Нефелин содержится в породах нефелинового сиенита, состоящего из 50…55% полевого шпата, 30…40% нефелина, 8…12% эгирина и акцессорных минералов.

     Шамот – ДСТУ 3475-96 (франц. chamotte), огнеупорная глина, обожженная до потери пластичности и удаления из нее химически связанной воды. Глина для обжига заготавливается в виде кусков неправильной формы или в виде брикетов, приготовленных на специальных прессах, обычно вальцевых или ленточных. Обжиг производится  во вращающихся, шахтных или других печах. При температуре обжига 1200…1500 °С получают высокообожженный шамот. Степень спекания высокообожженного шамота характеризуется водопоглощением, которое может составлять от 2 до 10%. Далее шамот измельчают в порошок на мельницах. Шамотный порошок может быть грубозернистым или мелкозернистым. Величину помола можно определить по удельной поверхности, которая может составлять около 8000

см/г. Шамотная керамическая масса, используемая в промышленности, представляет собой огнеупорную глину с добавками шамотного порошка. Шамот вводят для снижения пластичности и уменьшения усадки изделий из шамотных масс при сушке и обжиге.

     Глазурованый слой – ДСТУ Б А.1.1-17-94 готовят из фритты 23Ц или 25 из последующим добавлением при помоле 9% каолина. Толщина глазурованного слоя 0,25 мм.

Таблица 1.6

Состав фритт, %

1.3 Обоснование  принятой технологии производства

Производство керамических изделий состоит из таких основных операций: добыча глины в карьерах, подготовка массы, заключающаяся в  дроблении глины и других компонентов  смеси, увлажнении водой и перемешивании  массы, сушки и обжига.

     Технологические  схемы процессов производства  керамических изделий могут быть  различными, например могут применяться разные способы прессования – пластический и полусухой, либо литьевой (шликерный) метод формования; разные способы сушки – естественная и искусственная; нанесение различного поверхностного слоя на плитки – глазурование и ангобирование. Также существуют различные способы подготовки сырья. 

   Полусухой способ  почти единственный при оформлении полуфабриката керамических плиток и некоторых видов пористой керамики.         Формование прессованием имеет ряд преимуществ перед пластическим и формованием литьем. Он позволяет использовать при производстве керамических изделий малопластичные  глины, получать изделия в сырце с большой прочностью и более четкой формы, сократить продолжительность сушки. Недостатком этого способа является необходимость использования более сложного оборудования, большая плотность получаемой продукции и иногда их недостаточная морозостойкость. Начало прессования керамического порошка сопровождается его уплотнением за счет смещения твердых частиц и гранул относительно друг друга, их   сближения и заполнения относительно крупных пор. С ростом давления, на второй стадии, частички и гранулы теряют возможность перемещаться